III. METODE PENELITIAN 3.1 WAKTU DAN TEMPAT Penelitian dilaksanakan pada Bulan Mei sampai bulan Agustus 2010. Bertempat di Laboratorium Pengawasan Mutu, Departemen Teknologi Industri Pertanian, dan Bengkel Teknik Mesin Budidaya Pertanian serta Bengkel Metanium, Leuwikopo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
3.2 ALAT DAN BAHAN Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Brockfield Shyncro-lecytric Viscosimeter 2. Motor bakar Diesel stationer 4 langkah 3. Tangki bahan bakar tambahan 4. Pipa tembaga 5. Hybrid recorder 6. Tachometer 7. Gelas ukur 8. Stopwatch 9. Elemen pemanas setrika 10. Kertas millimeter blok 11. Kamera digital 12. Handy strain meter 13. Peralatan bengkel Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah biosolar sebagai bahan bakar utama motor diesel, dan minyak nyamplung sebagai bahan bakar alternatif motor bakar diesel. Minyak nyamplung yang digunakan antara lain minyak nyamplung kasar (crude) (N1), minyak nyamplung degumming (N2), minyak nyamplung netralisasi (N3), dan minyak degumming netralisasi (N4). Elemen pemanas yang digunakan untuk menguji semua minyak nyamplung adalah elemen pemanas rancangan IV (R IV). Pengujian pengukuran suhu elemen pemanas dilakukan pada rpm 1700 (n1) dan 2000 (n2)
Gambar 6. Motor diesel Yanmar TF-85
18
3.3 PROSEDUR PENELITIAN Diagram alir proses penelitian dapat dilihat pada Gambar 7.
Mulai
Identifikasi masalah
Penentuan viskositas optimum minyak nyamplung
Penentuan suhu pemanasan optimum minyak nyamplung
Perancangan elemen pemanas: a. Analisis teknik b. Gambar kerja
Pembuatan elemen pemanas
Uji fungsional elemen pemanas: Kinerja pemanasan minyak, Pola semprotan minyak, dan Sudut semprot minyak nyamplung. Tidak
Ya Ya Kinerja motor Diesel Ya
Tidak
Selesai
Gambar 7. Flowchat prosedur penelitian.
19
1.
Identifikasi masalah Identifikasi masalah merupakan langkah awal dalam perancangan alat. Viskositas minyak nyamplung yang tinggi menyebabkan minyak nyamplung tidak bisa langsung diaplikasikan pada motor Diesel. Viskositas minyak nyamplung harus diturunkan agar sama atau lebih kecil dari viskositas biosolar yaitu 5-7 cSt. Sehingga perlu dibuat elemen pemanas yang dapat menurunkan viskositas dari minyak nyamplung agar dapat diaplikasikan pada motor bakar diesel.
2.
Pengukuran viskositas Pengukuran viskositas dilakukan di Laboratorium Pengawasan Mutu Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB. Viskositas minyak nyamplung dan biosolar diukur menggunakan Brockfield Shyncro-lecytric Viscosimeter, dimana prosedur penggunaan dari alat tersebut adalah Sampel yang diuji didinginkan sampai mencapai suhu ruang (suhunya tetap selama ± 15 menit). Sampel minyak yang akan diukur viskositasnya ditempatkan dalam wadah atau gelas piala. Kemudian spindel dicelupkan ke dalam larutan hingga batas yang telah ditentukan dan alat dihidupkan selama 5 menit dengan rpm tertentu. Viskositas dari sampel dapat dibaca dari angka yang ditunjukkan oleh jarum skala pada alat. Pembacaan pada alat diusahakan berkisar 10-100 dengan cara mengatur spindel dan kecepatan yang digunakan pada alat. Nilai kekentalan diperoleh dari perkalian antara nilai pembacaan pada alat dengan bilangan tertentu (faktor) tergantung dari nomor spindel dan rpm yang dipergunakan. Spindel yang digunakan adalah spindel nomor 1 dan rpm 30, maka faktor perkalian = 2. Nilai kekentalan dalam satuan cP.
3.
Penentuan suhu pemanasan optimum minyak nyamplung Suhu pemanasan optimum didapatkan dengan mengukur viskositas terlebih dahulu. Setelah diperoleh data viskositas minyak nyamplung setiap kenaikan suhu 10 oC mulai dari suhu 30oC sampai dengan suhu 110oC, maka akan dapat ditentukan suhu pemanasan minyak nyamplung untuk menurunkan viskositasnya sehingga dapat mendekati nilai viskositas dari biosolar.
4.
Perancangan elemen pemanas Elemen pemanas dirancang berdasarkan hasil perhitungan pindah panas setelah diketahui suhu pemanasan optimum minyak nyamplung. Uraian mengenai perancangan elemen pemanas ini dapat dilihat pada Bab IV tentang pendekatan pancangan elemen pemanas.
5.
Pembuatan elemen pemanas Elemen pemanas akan dibuat sebanyak dua buah dengan tipe yang berbeda. Pembuatan dua tipe ini bertujuan untuk mendapatkan perbandingan dan menentukan tipe yang paling baik bagi pemanasan minyak nyamplung.
6.
Uji fungsional elemen pemanas a. Pengukuran suhu Pengukuran suhu dilakukan di lima titik. Pertama adalah suhu minyak dalam tangki bahan bakar tambahan, kedua adalah suhu minyak nyamplung masuk ke elemen pemanas, ketiga adalah suhu minyak nyamplung keluar dari elemen pemanas, keempat adalah suhu keluaran dari knalpot, dan kelima adalah suhu ruangan. Suhu diukur dengan menggunakan termokopel dan hybrid recorder.
20
Pengukuran suhu dilakukan dengan cara memasang termokopel ke dalam pipa saluran bahan bakar, kemudian suhu dapat dibaca di hybrid recorder dan data suhu langsung disimpan. Pengukuran dilakukan setiap menit, agar data yang diperoleh lebih akurat. Pengukuran suhu dilakukan pada minyak nyamplung dengan empat jenis perbedaan perlakuan (minyak N1, N2, N3, dan N4). Pada awalnya motor bakar dinyalakan menggunakan biosolar dengan tujuan untuk memanaskan minyak nyamplung dalam elemen pemanas. Posisi awal kran biosolar berada dalam keadaan terbuka sedangkan kran minyak nyamplung dalam keadaan tertutup sehingga minyak nyamplung dalam tangki tambahan tertahan di dalam pipa tembaga pada elemen pemanas. Gas buang hasil pembakaran biosolar yang melalui elemen pemanas akan memanaskan minyak tersebut. Waktu yang dibutuhkan untuk memanaskan minyak berbeda-beda, tergantung pada jenis minyaknya. Untuk minyak N1 dan N2 dibutuhkan waktu 20-30 menit, sedangkan minyak N3 dan N4 dibutuhkan waktu 10-20 menit. Faktor yang mempengaruhi lama waktu pemanasan tersebut antara lain viskositas masing-masing minyak yang berbeda-beda dan jenis elemen pemanas yang digunakan. Setelah waktu pemanasan dilakukan maka kran minyak dibuka dan kran biosolar ditutup sehingga motor bakar mengalami pergantian bahan bakar. Minyak yang mengalir keluar secara kontinyu dari elemen pemanas diukur suhunya setiap 1 menit sekali selama 30 menit dan tersimpan secara otomatis di hybrid recorder. Pengukuran suhu dilakukan 3 kali ulangan tiap jenis minyak dengan 2 variasi kecepatan putaran motor bakar diesel (rpm 1700 (n1) dan 2000 (n2)). b. Uji karakteristik penyemprotan bahan bakar Parameter uji penyemprotan yang diamati meliputi pola penyemprotan, diameter penyemprotan, dan sudut penyemprotan. Parameter tersebut hanya diambil melalui salah satu lubang dari empat buah lubang penyemprotan yang terdapat pada nozzle injektor. Pengambilan profil penyemprotan dilakukan untuk lima jenis bahan bakar, yaitu biosolar, minyak N1, N2, N3, dan N4. Untuk minyak nyamplung (semua jenis perlakuan) terdapat dua perlakuan berbeda, yaitu tanpa pemanasan dan dengan pemanasan sampai mencapai suhu optimum (110oC). Untuk pengambilan profil penyemprotan diperlukan satu buah tangki tambahan yang dilengkapi dengan pemanas (heater). Pemanas akan memanaskan minyak nyamplung hingga mencapai suhu pemanasan optimum. Untuk mempertahankan suhu pemanasan minyak agar tidak terjadi kehilangan panas, maka saluran (pipa) bertekanan tinggi dilengkapi dengan elemen pemanas yang disentuhkan pada permukaan luar saluran pipa bertekanan tinggi. Pemanas (heater) ini berasal dari elemen pemanas setrika. Untuk mengetahui suhu pada pipa bertekanan tinggi maka di pasang termokopel dan dihubungkan ke hybrid recorder. Pada pengukuran diameter penyemprotan, salah satu lubang injektor diarahkan tegak lurus menuju permukaan lantai. Di bawah lubang tersebut diletakkan kertas milimeter blok dengan jarak 30 cm dari ujung lubang. Kemudian poros engkol diputar secara manual sampai bahan bakar menyemprot dari nozzle injektor. Sebelumnya ujung lubang nozzle injektor tersebut diberi wadah agar penyemprotan awal yang keluar tidak mengenai kertas milimeter blok. Setelah putaran poros engkol cukup stabil, kemudian wadah tersebut dijauhkan dari nozzle injektor agar bahan bakar menyemprot pada kertas milimeter blok. Poros engkol terus diputar sampai injektor menyemprot sebanyak lima kali. Setelah lima kali penyemprotan, nozzle injektor kembali diberi wadah agar tidak ada bahan bakar yang tercecer di kertas milimeter blok.
21
Gambar 8. Uji karakteristik penyemprotan bahan bakar (Miftahuddin, 2009) Hasil penyemprotan tersebut kemudian langsung difoto dengan menggunakan kamera digital. Hal ini dilakukan untuk mencegah terjadinya penyebaran bentuk penyemprotan bahan bakar akibat terserap oleh kertas milimeter blok, sehingga dapat mempengaruhi besarnya diameter hasil penyemprotan yang diukur. Dari foto inilah dapat diketahui diameter hasil penyemprotan bahan bakar. Bentuk penyemprotan tidak selalu berbentuk lingkaran, sehingga untuk mendapatkan diameter penyemprotan perlu mengacu pada sumbu vertikal dan sumbu horizontal kertas milimeter blok. Kedua sumbu ini akan menunjukkan panjang hasil penyemprotan yang diukur melalui dua titik penyemprotan terjauh secara vertikal dan horizontal. Diameter penyemprotan merupakan hasil rata-rata dari panjang penyemprotan di sumbu vertikal dan sumbu horizontal. Berdasarkan data diameter hasil penyemprotan, menurut Suastawa, dkk (2006) besarnya sudut penyemprotan dapat dihitung dengan menggunakan rumus: (7) dimana:
Ss : Sudut penyemprotan (°) Ds : Diameter penyemprotan (mm) Tn : Tinggi nozzle (mm)
Bentuk pola, diameter, dan sudut penyemprotan ini kemudian dibandingkan, antara bahan bakar biosolar dengan minyak nyamplung. Perbandingan ini akan menunjukan seberapa besar pengaruh pemanasan pada minyak nyamplung terhadap hasil penyemprotannya. 7.
Kinerja Motor Diesel Setelah minyak dipanaskan sampai viskositas minyak nyamplung mendekati atau sama dengan minyak biosolar maka langsung diujicobakan pada motor diesel. Pengujian yang dilakukan adalah pengukuran daya motor diesel tanpa beban. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui perbedaaan daya poros yang dihasilkan oleh motor diesel pada saat menggunakan bahan bakar biosolar dan minyak nyamplung. Pengukuran dilakukan menggunakan dynamometer tipe disc brake.
22
